第6章主存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)

2020/12/121本章主要內(nèi)容：本章講述存儲(chǔ)器的分類、主存儲(chǔ)器的構(gòu)成和并行主存儲(chǔ)器的思想及設(shè)計(jì)方法；存儲(chǔ)系統(tǒng)的概念及存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)成。重點(diǎn)掌握并行主存儲(chǔ)器的構(gòu)成，Cache的組成原理與地址映射方式、替換算法；掌握段式、頁式和段頁式虛擬存儲(chǔ)器的構(gòu)成原理、地址映射方式等。2020/12/1226.1存儲(chǔ)器分類

6.2主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)6.3讀寫存儲(chǔ)器6.4非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

6.5主存儲(chǔ)器組成6.6相聯(lián)存儲(chǔ)器6.7存儲(chǔ)系統(tǒng)與并行存儲(chǔ)器6.8高速緩沖器Cache

6.9虛擬存儲(chǔ)器原理2020/12/1236.1存儲(chǔ)器分類

（1）隨機(jī)存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM）。

（2）只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory，ROM）。

（3）可編程只讀存儲(chǔ)器（ProgrammableROM，PROM）。

（4）可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（ErasablePROM，EPROM）。

（5）電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（ElectricallyEPROM，E2PROM）。

2020/12/1246.2主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)

主存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)為主存容量、存儲(chǔ)器存取時(shí)間和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)周期。存儲(chǔ)器存取時(shí)間（MemoryAccessTime）存儲(chǔ)周期（MemoryCycleTime）

主存儲(chǔ)器的速度和容量?jī)身?xiàng)技術(shù)指標(biāo)

2020/12/1256.3讀寫存儲(chǔ)器

6.3.1靜態(tài)RAM1．靜態(tài)RAM的基本電路圖6-1靜態(tài)MOS6管基本存儲(chǔ)電路

2020/12/1262．靜態(tài)RAM的結(jié)構(gòu)3．靜態(tài)RAM芯片實(shí)例——Intel21144．由2114SRAM構(gòu)成規(guī)定容量的存儲(chǔ)器圖6-5地址譯碼電路

2020/12/1276.3.2動(dòng)態(tài)RAM

1．動(dòng)態(tài)RAM基本存儲(chǔ)電路圖6-6單管動(dòng)態(tài)RAM的基本存儲(chǔ)電路

2020/12/1282．動(dòng)態(tài)RAM的特點(diǎn)及舉例3．動(dòng)態(tài)RAM的刷新2020/12/1296.4非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

6.4.1只讀存儲(chǔ)器（ROM）圖6-844MOSROM

2020/12/12106.4.2可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）

圖6-9熔絲式PROM基本存儲(chǔ)電路2020/12/12116.4.3可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM）

1．EPROM的存儲(chǔ)電路

圖6-10P溝道FAMOS管基本存儲(chǔ)電路及P溝道FAMOS管結(jié)構(gòu)

2020/12/12122．典型EPROM芯片的介紹按上述原理及工藝制造的EPROM芯片常用的有27系列，如2708（1K8）、2716（2K8）、2764（8K8）、27128（16K8）和27512（64K8）等

2020/12/12136.4.4電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）

1．E2PROM的特點(diǎn)E2PROM（ElectricErasablePROM）突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在線擦除和改寫.

2020/12/12142．E2PROM芯片介紹圖6-11E2PROM管腳圖

2020/12/12156.4.5快速擦寫存儲(chǔ)器（FlashMemory）

1．Flash的主要性能特點(diǎn)2．Flash的工作原理2020/12/12166.4.6幾種新型存儲(chǔ)器

1．高速緩存動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（CachedDRAM，CDRAM）2．DirectRambus接口動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DirectRambusDRAM，DRDRAM）3．雙數(shù)據(jù)傳輸率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DoubleDataRateSDRAM，DDRSDRAM）4．同步鏈動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SynchnonousLinkDRAM，SLDRAM）2020/12/12175．虛擬通道存儲(chǔ)器（VirtualChannelMemory，VCM）6．快速循環(huán)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（FastCycleRAM，F(xiàn)CRAM）7．?dāng)U展數(shù)據(jù)輸出動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（ExtendedDataOutDRAM，EDODRAM）2020/12/12186.5主存儲(chǔ)器組成

6.5.1位擴(kuò)展圖6-12位擴(kuò)展實(shí)例

2020/12/12196.5.2字?jǐn)U展

圖6-13字?jǐn)U展實(shí)例

2020/12/12206.5.3字位擴(kuò)展

字位擴(kuò)展共需要mn的芯片數(shù)量為：C=2020/12/12216.6相聯(lián)存儲(chǔ)器

2020/12/12226.7存儲(chǔ)系統(tǒng)與并行存儲(chǔ)器

6.7.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的概念1．存儲(chǔ)容量S2．位價(jià)格C整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的平均位價(jià)格可以這樣來計(jì)算：2020/12/12233．訪問周期TT=HT1+(1?H)T2

2020/12/12246.7.2增加存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度

圖6-18寬字存儲(chǔ)器

2020/12/12256.7.3多體交叉存儲(chǔ)技術(shù)

圖6-19低位交叉訪問存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)

2020/12/12266.7.4一種無沖突訪問的存儲(chǔ)器

產(chǎn)生訪問沖突的根本原因主要有兩個(gè)，一個(gè)是程序中的轉(zhuǎn)移指令，二是數(shù)據(jù)的隨機(jī)性。

2020/12/1227

0號(hào)存儲(chǔ)體1號(hào)存儲(chǔ)體2號(hào)存儲(chǔ)體3號(hào)存儲(chǔ)體體內(nèi)地址0a0a1a2a31a4a5a6a72a8a9a10a113…………圖6-22一維數(shù)組的存儲(chǔ)方案

2020/12/12286.8高速緩沖器Cache

6.8.1Cache的工作原理1．程序的局部性2．Cache的基本結(jié)構(gòu)2020/12/1229圖6-27Cache的基本結(jié)構(gòu)

2020/12/12303．Cache的讀寫過程（1）寫直達(dá)法（write-through）。

（2）回寫法（write-back）。

2020/12/12316.8.2Cache的地址映像與地址變換

1．直接映像及地址變換圖6-28直接映像方式

2020/12/1232圖6-29直接映像地址變換

2020/12/12332．全相聯(lián)映像及地址變換

圖6-31全相聯(lián)映像方式2020/12/1234圖6-32全相聯(lián)映像方式的地址變換2020/12/12353．組相聯(lián)映像及地址變換圖6-34組相聯(lián)映像方式的地址變換

2020/12/12366.8.3替換算法

（1）隨機(jī)（Random，RAND）算法（2）先進(jìn)先出（First-InFirst-Out，F(xiàn)IFO）算法（3）近期使用最少（LeastRecentlyUsed，LRU）算法（4）最優(yōu)化（OPTimization,OPT）算法2020/12/12376.8.4Cache的加速比2020/12/12386.9虛擬存儲(chǔ)器原理

6.9.1虛擬存儲(chǔ)器的工作原理

虛擬存儲(chǔ)器主要由軟件管理。

根據(jù)采用的存儲(chǔ)映像算法，可以將虛擬存儲(chǔ)器的管理方式分成段式、頁式和段頁式三種.2020/12/12396.9.2地址映像與變換

在虛擬存儲(chǔ)器中，有三種地址空間，第一種是虛擬地址空間，也稱為虛空間或虛擬存儲(chǔ)器空間，它是應(yīng)用程序員用來編寫程序的地址空間；第二種空間是主存儲(chǔ)器的地址空間，也稱主存地址空間、主存物理空間或?qū)嵈娴刂房臻g；第三種是輔存地址空間。2020/12/1240目前主要有頁式虛擬存儲(chǔ)器、段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁式虛擬存儲(chǔ)器3種。1．頁式虛擬存儲(chǔ)器

圖6-36頁式虛擬存儲(chǔ)器的地址映像方式2020/12/1241圖6-37頁式虛擬存儲(chǔ)器頁面映像的一個(gè)實(shí)例2020/12/12422．段式虛擬存儲(chǔ)器圖6-38段式虛擬存儲(chǔ)器的地址映像方式

2020/12/12433．段頁式虛擬存儲(chǔ)器虛擬地址格式為：2020/12/12446.9.3頁面替換算法及其實(shí)現(xiàn)

（1）缺頁至少要涉及前一次磁盤存取，讀取所缺的頁。缺頁使系統(tǒng)蒙受的損失要比Cache未命中大得多。（2）頁面替換是由操作系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的。（3）頁面替換的選擇余地很大，屬于一個(gè)進(jìn)程的頁面都可替換。虛擬存儲(chǔ)器中的替換策略一般采用LRU算法、LFU算法和FIFO